消能減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)基本以實(shí)現(xiàn)三水準(zhǔn)為目標(biāo),即“小震不壞、中震可修以及大震不倒”。而這種設(shè)計(jì)邏輯是基于生命無價(jià)的理念,為大多數(shù)結(jié)構(gòu)物抗震設(shè)計(jì)的基本方針。然而,依上述基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的建筑物往往在地震之后,雖然未發(fā)生結(jié)構(gòu)倒塌的嚴(yán)重破壞,但是破壞的實(shí)際情況卻導(dǎo)致建筑物原有使用機(jī)能的中斷與喪失,甚至造成建筑物的非結(jié)構(gòu)元件、硬件設(shè)備與財(cái)物等破壞,這些往往比建筑結(jié)構(gòu)本身的破壞造成更大的財(cái)產(chǎn)或機(jī)能損失,這種情況尤其經(jīng)常在我國各科學(xué)園區(qū)的高科技廠房中發(fā)生。在現(xiàn)

2、今重視高效率的產(chǎn)業(yè)需求與高水準(zhǔn)的生活環(huán)境下,結(jié)構(gòu)的抗震性能及地震發(fā)生后功能性恢復(fù),已深受國人重視,再加上近年來國際間發(fā)生數(shù)次重大地震災(zāi)害,結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)的研究更是各國的重要課題。
　　消能減震結(jié)構(gòu)的推廣不僅依賴于阻尼器的研發(fā),更依賴于成熟的消能減震設(shè)計(jì)方法。本文對(duì)消能減震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了具體研究,主要內(nèi)容如下:
　　(1)簡(jiǎn)單介紹阻尼器分類及其力學(xué)模型,并以單自由度體系為例,從反應(yīng)譜及能量的角度說明消能減震結(jié)構(gòu)控制地震反應(yīng)的

3、原因。
　　(2)就目前常用的兩類消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法(拆分設(shè)計(jì)法和一體化設(shè)計(jì)法)做出說明比較。其中拆分設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)思路是將主體結(jié)構(gòu)與消能裝置分開考慮,即在不考慮消能裝置的前提下先進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì);一體化設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)思路是將將主體結(jié)構(gòu)與消能裝置作為一個(gè)整體考慮,從而進(jìn)行設(shè)計(jì)。從中發(fā)現(xiàn)拆分設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)思路更加適用于對(duì)既有建筑的加固。
　　(3)以日本普遍采用的消能減震拆分設(shè)計(jì)法為理論基礎(chǔ),結(jié)合我國的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,總結(jié)出一套適

4、用于我國的消能減震工程加固法。該加固法以反應(yīng)譜理論為基礎(chǔ),通過繪制的減震性能曲線優(yōu)化選擇阻尼器數(shù)量,最終達(dá)到最初設(shè)定的減震性能目標(biāo)。該方法避免了以往憑工程經(jīng)驗(yàn)試加阻尼器,然后通過時(shí)程分析反復(fù)試算的迭代過程。
　　(4)利用拆分設(shè)計(jì)法對(duì)一個(gè)中學(xué)教學(xué)樓進(jìn)行減震加固分析,分析結(jié)果表明:以本文所述的拆分設(shè)計(jì)法對(duì)既有建筑進(jìn)行消能減震加固后,既有建筑完全能夠達(dá)到提高1度抗震性能目標(biāo)的要求。反之,若擬建建筑采用該方法進(jìn)行消能減震設(shè)計(jì)時(shí),可降低1

5、度抗震設(shè)防烈度先進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　(5)本文提出了一種消能減震結(jié)構(gòu)的能量設(shè)計(jì)方法,該方法主要基于彈性體系,即結(jié)構(gòu)在地震中框架單元不產(chǎn)生塑性損傷。地震輸入的能量將由結(jié)構(gòu)自身阻尼比及阻尼器附加給結(jié)構(gòu)的有效阻尼比共同耗散,并按照各自阻尼比按比例分配能量。在國外研究資料的基礎(chǔ)上,以我國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范劃分的場(chǎng)地特征周期插值計(jì)算適合于我國的能量反應(yīng)譜。
　　(6)利用能量設(shè)計(jì)法對(duì)中學(xué)教學(xué)樓進(jìn)行減震分析,分析結(jié)果表明:以本文所述的能量

6、設(shè)計(jì)法對(duì)擬建建筑進(jìn)行消能減震設(shè)計(jì)后,擬建建筑能夠?qū)崿F(xiàn)中震基本彈性。
　　拆分設(shè)計(jì)法適用于既有建筑的加固,并能夠滿足提高1度的性能目標(biāo)。能量設(shè)計(jì)方法既適用于既有建筑的加固設(shè)計(jì),又適用于擬建建筑的設(shè)計(jì),其目標(biāo)都是實(shí)現(xiàn)地震作用下的基本彈性。對(duì)于一些特別重要的建筑,業(yè)主會(huì)提出提高性能目標(biāo)的要求,因此能量設(shè)計(jì)法將是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。由于本文所提出的兩種消能減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法均契合于我國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,希望對(duì)我國消能減震結(jié)構(gòu)的推廣起到一定積極作用。